П

Physarum polycephalum

Physarum polycephalum (родовое название от др.-греч φυσάριον — пузырь, видовая πολύς — много κεφαλή — голова, то есть многоголовый) — плазмодиальний слизевик семьи Physaraceae. Распространен в умеренных и тропических широтах. P. polycephalum — удобный объект для культивирования, поэтому используется в научных исследованиях в качестве модельного организма, а также в проектах школьников и студентов.

Классификация

Physarum polycephalum принадлежит к настоящим или плазмодиальних слизевиков (класс Myxogastria). Систематическое положение этой группы организмов долго оставалось объектом спора. Во многих классификациях, в частности Уиттакера, их относили к царству Грибы. Однако молекулярные исследования указали родство миксомикот с другой группой слизевиков — клеточных (класс Dyctiostelia), вместе с которыми они составляют тип Мисомицеты (Mycetozoa), который относится к клади простейших Amoebozoa.

Внешний вид

Большую часть своей жизни P. polycephalum находится в вегетативной форме плазмодия — одной большой многоядерной клетки. Плазмодий имеет ярко-желтую окраску и может вырастать до размеров 30 см в диаметре, способный к амебоидного движения. Цитоплазма P. polycephalum постоянно движется меняя направление примерно каждую минуту, это явление можно наблюдать под микроскопом, а иногда даже невооруженным глазом. Если поблизости плазмодия есть два отдельных источника пищи, он формирует сетку протоплазматический трубочек, которые соединяют. При неблагоприятных условиях плазмодий может затвердевать превращаться в дремлющую форму — склероций, она плотная, имеет темную окраску и устойчивая к условиям, в частности может выдерживать нагрев до температуры 70-80 ° C.

Жизненный цикл и образ жизни

P. polycephalum растет во влажных темных местах, избегает света. Питается путем фагоцитоза бактериями, мелкими грибами, также выделяет в среду ферменты для переваривания мертвой органики. При наличии достаточного количества пищи плазмодий физаруму постоянно растет, причем все его диплоидные ядра, а их может быть несколько миллионов, делятся строго синхронно, с интервалом примерно в 8:00. Возможно вегетативное размножение слизевика, которое наблюдается часто проводится при его культивировании: если отделить от тела организма кусочек, то из него разовьется новый плазмодий.

В условиях недостатка влаги плазмодий превращается в склероций. Голодание и свет стимулируют образование плодовых тел — спорангиев, они имеют примерно 2 мм в высоту, и размещаются гроздьями (отсюда название многоголовый). В Спорангий происходит мейоз, образованные гаплоидные клетки покрываются плотной оболочкой, таким образом формируются споры, высвобождаются в окружающую среду. При наличии влаги споры могут прорастать в амебовидную миксамеб или джгугикови клетки. Эти клетки некоторое время активно питаются и могут делиться, в случае высыхания превращаются в покоящиеся цисты. Миксамеб или жгутиковые клетки разных типов спаривания сливаются между собой (плазмогамия), после чего сливаются и их ядра (кариогамия). Это примитивная форма полового процесса, в результате которого образуется диплоидная зигота. С последней вырастает новый плазмодий. В лабораторных условиях были получены апогамни мутанты, могут развиваться в гаплоидный плазмодий без оплодотворения, они используются для генетических исследований.

Использование в обучении

P. polycephalum сравнительно легко выращивать в лабораторных условиях, поэтому он был одним из первых культивируемых эукариотических организмов. Поэтому он используется не только как один из модельных организмов биологии, но и в образовательных целях. Студенты на лабораторных работах изучают такие свойства P. polycephalum как положительный хемотаксис, отрицательный фототаксис т. В свободной продаже есть комплекты для выращивания слизевика, которые ученики могут приобрести для своих научных проектов.

«Интеллект»

В P. polycephalum были обнаружены признаки примитивной формы интеллекта, похожего по некоторым признакам к интеллекту еусоциальних животных. Первая работа посвящена этому вопросу была опубликована 2000 году в журнале Nature, в ней японские исследователи Накагаки и Ямада сообщали, что P. polycephalum умеет находить кратчайший путь между двумя точками в лабиринте. Если на «входе» лабиринта поставить кусочек пищи и часть плазмодия слизевика он сначала будет расти относительно хаотично, после того, как он найдет еду на «выходе», между этими двумя точками формируется протоплазматический тяж, который соответствует кратчайшему пути между «входом» и « выходом ».

Если поместить P. polycephalum на плоскости с несколькими отдельными источниками питательных веществ (например овсяные хлопья на непоживному агаре) он образует сетку с узлами в местах пищи (планарный граф). Накагаки и коллеги доказали, что сеть протоплазматический тяготел слизевика оптимизирована для максимально эффективного получения и транспорта ресурсов. В 2010 году японские ученые смогли воссоздать схему железной дороги между Токио и 36 окружающими городами благодаря P. polycephalum. На основе поведения слизевика они предложили новый метод разработки эффективных адаптивных сетей.

В P. polycephalum также обнаружена примитивная форма памяти. Группа Накагаки провела такой эксперимент: на плазмодий слизевика периодически (с интервалом в полтора часа) действовали струей сухого воздуха, каждый раз он отвечал замедлением движения, однако после трех последовательных стимулов P. polycephalum уже «ожидал» четвертого в подходящее время и начинал двигаться медленнее даже при отсутствии воздействия. Если слизевик так и не получал следующих раздражений реакция постепенно угасала, однако память о нем оставалась еще в течение многих часов, если после длительного периода покоя подействовать на плазмодий сухим воздухом всего один раз, он «вспоминает» ритм, который изучил ранее, и действует соответствующим образом. Механизм памяти P. polycephalum связывают с работой внутриклеточных биохимических осцилляторов.

Робот, которым руководит P. polycephalum

P. polycephalum был использован для конструирования простого робота, который убегает от света. Робот имеет гексагональную форму, шесть ножек и световые сенсоры, информация от которых передается компьютеру. Компьютер декодирует информацию и воспроизводит аналогичный характер освещения в камере, где растет плазмодий слизевика в форме шестиконечной звезды. Под воздействием света частота пульсации цитоплазмы P. polycephalum уменьшается, больше этот эффект проявляется в найосвитлениших частях плазмодия. Характер колебаний фиксируется CCD-камерой, от которой информация передается компьютеру, а дальше работу, вследствие чего он движется к более затемненных мест.

Эта работа была первой успешной попыткой использования живой клетки для управления поведением робота (ранее клетки использовались только как сенсоры). Преимущество применения с такой целью живых систем вместо программ заключается в большей пластичности реакций и автономности первых.

Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Проверьте также
Закрыть
Кнопка «Наверх»
Закрыть
Закрыть